基于CFD的催化轉化器內流場耦合化學反應的研究.pdf

1、催化轉化器是有效降低汽油機尾氣污染的主要后處理裝置。隨著對尾氣排放要求的日益嚴格，提高催化轉化器的綜合性能顯得尤為重要。不但要具有高的轉化效率，而且要有足夠長的壽命以及良好的穩(wěn)定性能，對排氣系統(tǒng)的負面影響也要盡可能減小。
　　本文的研究對象為188F汽油機的催化轉化器，以瞬態(tài)流場計算—結構強度校核—催化反應為研究主線，在考慮排氣壓力波動效應、氣固兩相傳熱、傳質以及催化反應相結合的研究模式下，深入探究了催化轉化器內發(fā)生的各種復雜現(xiàn)象

2、:氣體流動、傳熱、熱應力和化學反應。具體研究如下:
　　(1)首先，在發(fā)動機6個工況下對催化轉化器內的氣流分布進行模擬仿真并與試驗結果相驗證，確保計算模型的正確和可信。在此基礎上，進行壓力實時變化條件下的模擬計算，研究催化轉化器內部瞬態(tài)氣流、壓力和溫度分布，發(fā)現(xiàn)氣流進入催化轉化器后軸向速度分布出現(xiàn)兩個低峰，徑向速度分布極不均勻，呈現(xiàn)中間流速高，邊緣流速低的趨勢。
　　(2)然后，將流場計算結果作為熱結構分析計算的初始條件，對

3、此進行單向流固耦合計算，探究在尾氣壓力波動時的應力集中區(qū)域和最大變形區(qū)域，發(fā)現(xiàn)進氣端錐處的變形量較大。
　　(3)其次，探究單孔道下催化反應，得到尾氣組分為CO和CH4氣體的濃度分布和轉化率。發(fā)現(xiàn)催化反應集中于孔道前中端處，而后端轉化率很低，并且孔道邊緣處尾氣的轉化率高于中心處。
　　(4)最后，使用正交試驗對原模型進行優(yōu)化設計發(fā)現(xiàn)影響性能的兩個主要因素是入口管的直徑與擴張角的大小，在此基礎上發(fā)現(xiàn)擴張管直徑(d2)與入口直徑